本发明专利技术公开了一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法，属于金属材料的大气腐蚀模拟加速测试技术领域。利用气溶胶模拟试验装置进行室内加速腐蚀实验。配制3.5％NaCl溶液，用38％的浓盐酸调节溶液的pH值至3.5，作为发生酸性海洋气溶胶的原溶液。通过调节装置中的溶液流量控制系统及气体压缩系统的参数将溶液雾化成气溶胶液滴来模拟酸性气溶胶环境，以湿沉降的方式沉积到样品表面。实验以6h为一周期，湿沉降10min，自然干燥350min，在4-32个周期完成。本发明专利技术以模拟加速腐蚀手段研究钢大气腐蚀的方法，可方便快捷的获取腐蚀过程中的钢腐蚀数据，了解酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料的大气腐蚀模拟加速测试
，具体涉及一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法。
技术介绍
钢铁具有成本低廉、机械强度良好等优异性能，广泛应用于各个领域。多数情况下，钢铁都是直接与大气环境相接触，因此，钢铁不可避免的会发生不同程度的大气腐蚀，造成了资源和能源的极大浪费。影响钢铁大气腐蚀的外界因素有湿度、温度、润湿时间、液膜厚度及大气中的污染物等，其中大气污染物对钢铁的腐蚀作用最为突出。气溶胶是大气中污染物的主要存在形式，而且气溶胶中的污染物自身对金属具有很强的腐蚀性。当污染物以气溶胶的形式沉积到裸露的金属表面时，随着污染物在金属表面的不断累积，金属的初期腐蚀速率得以提高。因此，由大气气溶胶引发的金属腐蚀不容忽视。一直以来，海洋大气腐蚀中对金属腐蚀行为影响最严重的当属海盐粒子，而海洋大气环境下金属的高腐蚀速率主要归因于海洋气溶胶的沉积。海洋气溶胶在传输的过程中可以被SO2、HCl、H2SO4等物质酸化，从而使海洋气溶胶的组分发生改变，pH值降低。不论是海盐粒子还是其他大气污染物，主要是以气溶胶形式存在，其粒径范围从10-3μm-100μm，通过重力沉降或其他方式以气溶胶形式沉积到金属表面进而影响其腐蚀行为。海盐气溶胶的粒径一般在一微米到数十微米左右分布，吸湿后粒径可达原来的1～2倍。因其粒径及成分特点，气溶胶具有很多不同于大量溶液或大颗粒粒子的特性。如在气溶胶粒径范围内，气体(如氧气)在液滴中的扩散非常迅速，不会出现明显的浓度梯度；另外，其吸湿或结晶行为也明显不同于大颗粒或大量溶液，以海盐气溶胶为例，在其吸湿或结晶过程中，液滴内会形成极高的离子浓度，如Cl-，进而会加速金属的腐蚀。再者，因为气溶胶特殊的吸湿或结晶行为，会明显延长气溶胶液体状态存在的时间，然后会增加金属表面的润湿时间，使金属的有效腐蚀时间加长。但到目前为止，气溶胶的特殊理化性质对腐蚀的影响还没有引起腐蚀界学者的足够关注，只有少数学者从粒径角度进行了研究。其主要原因是缺乏气溶胶制备及检测手段，受到气溶胶研究方法的限制。因此，设计并建立一种研究酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法，具有重要的理论价值和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法，通过采用特定装置以模拟加速腐蚀手段研究钢大气腐蚀，可方便快捷的获取腐蚀过程中的钢腐蚀数据，了解酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀的影响。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，该装置即指气溶胶模拟实验装置，包括气溶胶模拟试验箱、喷淋控制系统和调速电机、可移动喷头、溶液流量控制系统和气体压缩系统；其中：所述可移动喷头设于所述气溶胶模拟试验箱之内的顶部位置，通过喷淋控制系统和调速电机控制可移动喷头的走行速度。所述气体压缩系统包括空气压缩机和气体净化装置，空气压缩机通过管道连接气体净化装置，气体净化装置再通过管道连接可移动喷头，所述气体净化装置的两端用于连接空气压缩机和可移动喷头的管道上，分别设置气压表；所述气体净化装置为四个不锈钢滤筒串联结构。所述溶液流量控制系统包括溶液箱和离心泵，所述溶液箱用于储备实验用原溶液，溶液箱连接离心泵，离心泵再通过管道连接可移动喷头，离心泵与可移动喷头相连接的管道上设有用于控制流量的转子流量计。所述可移动喷头包括喷水管和喷气管，喷水管和喷气管上分别设置多个均朝下的水孔和气孔，其中：喷水管和喷气管为上下设置，气孔数量为水孔数量的1.5～4倍，气孔孔径为30-35μm，水孔孔径为75-80μm。所述气溶胶模拟试验箱内还设有试样架，用于放置实验试样，设于所述可移动喷头下方。本专利技术还提供一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验方法，该方法是通过调节气溶胶模拟试验装置中的溶液流量控制系统及气体压缩系统的参数，将腐蚀介质雾化成气溶胶液滴来模拟气溶胶环境，以湿沉降的方式沉积到待腐蚀钢样品表面；实验在室温下进行，以6h为一个周期，每周期中首先湿沉降10min，然后自然干燥350min，连续进行4-32个周期(24-192h)完成实验。所述腐蚀介质是指发生酸性海洋气溶胶的原溶液，具体是指pH值为3.5浓度为3.5wt.％的NaCl溶液，通过38wt.％的浓盐酸将3.5wt.％NaCl溶液的pH值调节至3.5。通过调节所述溶液流量控制系统将进入可移动喷头的溶液流量控制为3L/h，通过调节所述气体压缩系统将进入可移动喷头的气压控制为0.1MPa。经可移动喷头输出并雾化成的气溶胶液滴的粒径尺寸小于100微米。本专利技术的优点及有益效果是：(1)本专利技术提供了一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法。该方法利用气溶胶模拟试验装置进行室内加速腐蚀实验，通过调节气溶胶模拟腐蚀试验装置中的溶液流量控制系统和气体压缩系统的参数将腐蚀溶液雾化成气溶胶液滴来模拟大气气溶胶环境。该方法比以往的加速腐蚀实验方法，更接近大气污染物实际存在状态。同时解决传统的大气暴露试验存在的实验周期长、费用高、环境因素不易控制等问题。(2)通过该方法形成的气溶胶，可使气溶胶粒径尺寸分布在几微米到几十微米之间，以湿沉降的方式沉积到样品表面。与实际海洋粒子气溶胶相一致，且呈均匀连续分布，避免了以往的盐沉积方式所造成的盐粒子颗粒较大或成片分布的问题(通过液体流量参数、气压参数和喷淋头特定结构(孔径等)共同控制实现)。(3)考虑到海洋气溶胶在传输的过程中可能被SO2、HCl、H2SO4等物质酸化，从而使海洋气溶胶的组分发生改变，pH值降低。所述气溶胶环境采取由38％的浓盐酸调节pH值至3.5的3.5％NaCl溶液，通过调节气溶胶模拟腐蚀试验装置中附带的溶液流量控制系统及气体压缩系统的参数将其雾化成气溶胶液滴来模拟酸性气溶胶环境。(4)实验在室温下进行，以6h为一周期，湿沉降10min，自然干燥350min，在24h至192h完成实验。可方便快捷的获取钢腐蚀数据，了解酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀的影响。附图说明图1为气溶胶模拟试验装置示意图。图1中：1-气溶胶模拟试验箱；2-喷淋控制系统和调速电机；3-气体净化装置；4-空气压缩机；5-溶液箱；6-离心泵；7-转子流量计；8-气压表；9-废液出口；10-可移动喷头。图2为形成气溶胶环境的流程图。图3为模拟酸性海洋气溶胶环境下Q345钢腐蚀失重与试验时间的关系曲线。图4为模拟酸性海洋气溶胶环境下Q345钢腐蚀不同时间后腐蚀产物的XRD谱。图5为模拟酸性海洋气溶胶环境下Q345钢腐蚀不同时间后的表面形貌；图中：(a)24h；(b)48h；(c)96h；(d)192h。图6为模拟酸性海洋气溶胶环境下Q345钢腐蚀不同时间后的截面形貌；图中：(a)24h；(b)48h；(c)96h；(d)192h。具体实施方式以下通过附图及实施例详述本专利技术。本专利技术建立了一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置和方法。利用自制的气溶胶模拟试验装置进行室内加速腐蚀实验。配制3.5wt.％NaCl溶液，用38wt.％的浓盐酸调节NaCl溶液的pH值至3.5，作为发生酸性海洋气溶胶的原溶液。通过调节气溶胶模拟腐蚀试验装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，其特征在于：该装置即指气溶胶模拟实验装置，包括气溶胶模拟试验箱、可移动喷头、溶液流量控制系统和气体压缩系统；其中：所述可移动喷头设于所述气溶胶模拟试验箱之内的顶部位置；所述气体压缩系统包括空气压缩机和气体净化装置，空气压缩机通过管道连接气体净化装置，气体净化装置再通过管道连接可移动喷头，所述气体净化装置的两端用于连接空气压缩机和可移动喷头的管道上分别设置气压表；所述溶液流量控制系统包括溶液箱和离心泵，所述溶液箱用于储备实验用溶液，溶液箱连接离心泵，离心泵再通过管道连接可移动喷头，离心泵与可移动喷头相连接的管道上设有用于控制流量的转子流量计。
【技术特征摘要】
1.一种酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，其特征在于：该装置即指气溶胶模拟实验装置，包括气溶胶模拟试验箱、可移动喷头、溶液流量控制系统和气体压缩系统；其中：所述可移动喷头设于所述气溶胶模拟试验箱之内的顶部位置；所述气体压缩系统包括空气压缩机和气体净化装置，空气压缩机通过管道连接气体净化装置，气体净化装置再通过管道连接可移动喷头，所述气体净化装置的两端用于连接空气压缩机和可移动喷头的管道上分别设置气压表；所述溶液流量控制系统包括溶液箱和离心泵，所述溶液箱用于储备实验用溶液，溶液箱连接离心泵，离心泵再通过管道连接可移动喷头，离心泵与可移动喷头相连接的管道上设有用于控制流量的转子流量计。2.根据权利要求1所述的酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，其特征在于：所述气溶胶模拟实验装置还包括喷淋控制系统和调速电机，用于控制所述可移动喷头的走行速度。3.根据权利要求1所述的酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，其特征在于：所述可移动喷头包括喷水管和喷气管，喷水管和喷气管上分别设置多个均朝下的水孔和气孔，其中：喷水管和喷气管为上下设置，气孔数量为水孔数量的1.5-4倍，气孔孔径为30-35μm，水孔孔径为75-80μm。4.根据权利要求1所述的酸性海洋气溶胶对钢大气腐蚀影响的模拟加速试验装置，其特征在于：所述气溶胶模拟试验箱内还设有样品架，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕旺燕，王振尧，曹公望，苏伟，张丹丹，刘世念，汪川，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44
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